Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastisch Verarbeitbaren Polymeren mittels Spritzgiesstechnik

Abstract

 Bei flüssigkristallinen Polymeren sind einerseits die starren Molekülketten und anderseits möglicherweise vorhandene faserförmige Verstärkungsstoffe weitgehend parallel zu einer Binde- oder Fliessnaht ausgerichtet, wodurch die physikalischen Eigenschaften im Bereich der Binde- oder Fliessnaht fehlen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, um zu verhindern, dass Binde- oder Fliessnähte überhaupt entstehen können. Das verflüssigte Material wird dazu vom Eintritt in die Spritzgiessform an über wenigstens einen Teil der Länge des Werkstückes einer Scherenergie ausgesetzt. Diese Scherenergie wird durch relative Bewegung zwischen zwei Flächen der Formteile erzeugt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren, wie flüssigkristalline Polymere, faser- oder mineralgefüllte Thermoplaste mittels Spritzgiesstechnik, zur Vermeidung oder zumindest zur Verminderung einer Fliessnaht bei der Herstellung von Werkstücken.

[0002] Flüssigkristalline Polymere, abgekürzt LCP genannt, sowie faser- oder mineralgefüllte Thermoplaste haben als charakteristisches Merkmal eine stark orientierte morphologische Struktur.

[0003] Nachfolgend wird zur Vereinfachung der Beschreibung für die Eingangs genannten Thermoplaste der Fall der LCP stellvertretend für alle übrigen Thermoplaste, wie faser- oder mineralgefüllte Thermoplaste beschrieben.

[0004] LCP bestehen aus starren, stabförmigen Makromolekülen, die sich in der Schmelze parallelisieren und flüssigkristalline Strukturen erzeugen. Wird eine flüssigkristalline Polymerschmelze einer Scher- oder Dehnströmung ausgesetzt, wie dies mit Extruderschnecken der Fall ist, dann ordnen sich die Makromoleküle zu Fasern und Fibrillen und ergeben die spezifische Morphologie im Festzustand.

[0005] Die Eigenschaften, die durch die hohe Orientierung in der Polymerschmelze beeinflusst werden, zeigen eine ausgeprägte Anisotropie. In Orientierungsrichtung sind Festigkeit und Steifheit wesentlich höher als quer dazu und der Wärmeausdehnungskoeffizient ist senkrecht zur Orientierung wesentlich höher als parallel dazu.

[0006] Nachteilig sind die sogenannten Binde- bzw. Fliessnähte bei jedem Werkstück aus solchen verstärkten Kunststoffen, da sie eine Schwachstelle in den Werkstücken darstellen. Bei flüssigkristallinen Polymeren sind einerseits die starren Molekülketten und anderseits möglicherweise vorhandene faserförmige Verstärkungsstoffe weitgehend parallel zur Fliessnaht ausgerichtet, wodurch die richtungsabhängigen physikalischen Eigenschaften im Bereich der Binde- oder Fliessnaht fehlt oder stark reduziert sind. Dies heisst, dass den Binde- oder Fliessnähten besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss.

[0007] Man unterscheidet zwei Arten von Fliessnähten, nämlich sogenannte stumpfe Fliessnähte, die sich ergeben, wenn zwei Schmelzeströme gegeneinander fliessen wobei die Schmelzefronten senkrecht zur Fliessrichtung aufeinanderstossen. Die Moleküle sind parallel zur Schmelzefront orientiert und können sich daher nicht vereinen. Fliessnähte, die nach Umströmen eines Hindernisses entstehen, werden gebildet durch die zwei durch das Hindernis getrennte Teilströme, die sich in Fliessrichtung hinter dem Hindernis wieder vereinen.

[0008] Entsprechend diesen Erkenntnissen, strebt man allgemein an, Werkstücke zu erzeugen, die keine Fliessnaht erzeugen. Von Herstellern der Ausgangsstoffe wird daher geraten, unvermeidbare Fliessnähte in Gebiete geringerer Beanspruchungen zu legen. Dies ist jedoch bei hohlzylindrischen Werkstücken praktisch kaum möglich und die so gebildeten Hülsen haben diametral viel geringere physikalische Eigenschaften als axial.

[0009] Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, um zu verhindern, dass Fliessnähte überhaupt entstehen können.

[0010] Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs erreicht, indem das verflüssigte Material vom Eintritt in die Spritzgiessform an über wenigstens einen Teil der Lange des Werkstückes einer Scherenergie ausgesetzt wird.

[0011] Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele für die Erfindung erläutert. An Hand einer Zeichnung wird auch eine Anwendung des erfinderischen Verfahrens näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

eine Schnittansicht einer Spritzgussform zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers, und

Fig.2

eine Schnittansicht der Spritzgussform gemäss der Schnittlinie A in Fig.1.

[0012] Es wird vermutet, dass die Bildung von Fliess- oder Bindenähten durch von der Wand der zu füllenden Form erzeugten Scher- und Dehnungskräften erzeugt wird, weil die Wand gekühlt ist und daher eine Schichtung von den Aussenschichten gegen das Wandinnere erhalten wird. Mit einem einzigen Anguss ergeben sich somit bei hohlkörperförmigen Werkstücken, wie sie beispielsweise in der Lichtwellenleitertechnik verwendet werden unweigerlich zwei umlaufende Schmelzeströme und damit eine den Körper schwächende Bindenaht die durch die unvermeidliche Schichtung an den Aussenwandteilen noch verstärkt wird.

[0013] Eine Verhinderung dieser unerwünschten Effekte würde also das Problem der Binde- und Fliessnähte beseitigen. Es wurde festgestellt, dass durch zusätzliche Scherenergie, wie sie beispielsweise im Druckerzeuger durch die rotierende Schnecke entsteht, eine Verminderung der Ausrichtung der Moleküle bewirkt wird.

[0014] Diese Erkenntnis wird nun gemäss der Erfindung auf die Seite der Form übertragen und dort eine rotierende Stelle geschaffen, die die zusätzliche Scherenergie ergibt.

[0015] Bei einem Werkstück das mit einem Hindernis versehen ist, hinter dem sich eine Fliessnaht bildet, lässt sich nach dieser Erkenntnis die Fliessnaht wenigstens an der schwächsten Stelle, gerade hinter dem Hindernis, verhindern, wenn das Hindernis rotiert wird. Da anfänglich keine Bindenaht entsteht. wird sie sich auch im Nachhinein wenigstens nicht so ausgeprägt ergeben, wie die bei feststehendem Hindernis der Fall ist.

[0016] Bei hülsenförmigen Werkstücken kann wenigstens ein Formteil, entweder das äussere oder das innere, rotiert werden. Dadurch wird einerseits der Fluss des Schmelzeteilstromes in Richtung der Rotation verstärkt und in der Gegenrichtung geschwächt. Damit werden die Moleküle desorientiert und ergeben keine starre Ausrichtung mehr, wodurch die Bindenaht von Natur aus zumindest geschwächt wird, wenn sie nicht vollständig verschwindet.

[0017] In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und Fig.2 eine Spritzgiessanlage in stark vereinfachter Form. Die Spritzgiessform besteht aus einer feststehenden Werkzeugplatte 3 mit dem Angusskanal 6 und einer axialbeweglichen Werkzeugplatte 2. Ein in der feststehenden Werkz8
eugplatte befindlicher Stift 4 bildet den Kern in einer durch einen Formteil 7 der beweglichen Werkzeugplatte 2 gebildeten Kavität 5. Das Formteil 7 ist mit einer Antriebswelle 1 verbunden wodurch eine Rotation dieses Formteils 7 ermöglicht wird.

[0018] Selbstverständlich sind die beiden Werzeugplatten 2,3 gekühlt, damit das durch Wärme plastifizierte Spritzmaterial wieder erstarrt. Mit der Antriebswelle 1 kann somit das Formteil 7 rotiert werden und dadurch wird Scherenergie auf das in die Kavität eingespritze Material gebracht, so dass sich keine Bindenaht mehr bilden kann.

[0019] Anstelle des Formteils 7 könnte auch der Stift 4 rotiert werden, um denselben Effekt zu erzeugen. Hülsen mit sehr dünner Wandstärke von nur wenigen zehntel Millimetern zeigen durch Fertigung in der beschriebenen Art praktisch dieselbe mechanische Festigkeit gegenüber axialen und radialen Presskräften und eine Binde- oder Fliessnaht konnte in keinem Fall mehr festgestellt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren, wie flüssigkristalline Polymere, faser- oder mineralgefüllte Thermoplaste, mittels Spritzgiesstechnik, zur Vermeidung oder zumindest zur Verminderung einer Fliessnaht bei der Herstellung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Material vom Eintritt in die Spritzgiessform an über wenigstens einen Teil der Lange des Werkstückes einer Scherenergie ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherenergie durch relative Bewegung zwischen zwei Flächen der Formteile erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Werkstücken mit zwei Begrenzungsflächen, deren Abmessungen in Länge und Breite grösser sind als deren Abstand voneinander, die Scherkraft durch ein rotierendes Hindernis im Anströmungsgebiet bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Werkstücken in Form eines Rotationshohlkörpers wenigstens ein Teil des einen Formteiles rotiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des äusseren Formteils rotiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des inneren, die Hohlkörperstruktur bildenden Formteils rotiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das gesamte Formteil rotiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Formteile in gegensinniger Drehrichtung rotiert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Formteile in gleichsinniger Drehrichtung aber mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit rotiert werden.

Zeichnung